Методи ядерної геофізики

Під ядерно-фізичними методами (ЯФМ) розвідки розуміють сукупність прямих методів оцінки складу хімічних елементів і фізичних властивостей порід і мінералів на основі використання штучних джерел іонізуючих випромінювань. За своєю суттю та за положенням вони є частиною геофізичних методів розвідки і органічно входять в геологорозвідувальне виробництво.

Як науковий напрямок ЯФМ сформувалася протягом 1950-1960-х років.

Висока чутливість цих методів аналізу складу речовини (активаційний, фотонейтронний та інші) дозволяє використовувати їх для вирішення низки геохімічних задач. Усе більше ЯФМ використовують при пошуках ряду корисних копалин. Висока точність визначення речовинного складу дозволяють використовувати ЯГМ для підрахунку запасів низки родовищ корисних копалин. Завдяки високій експресності вимірів ЯФМ можна з великою ефективністю використовувати для контролю для ходом технологічних процесів і збагачення корисних копалин.

Великі перспективи ЯФМ мають для оперативного опробування родовищ без відбору проб, а також для дистанційного контролю за вмістом тих або інших елементів при технічній переробці мінеральної сировини, що складає передумови для автоматизації цих процесів.

ЯФМ поділяються на дві основні групи:

- групу гамма-методів, основаних на використанні джерел g-випромінювання і випромінювання g-полів;

- групу нейтронних методів, в яких вивчають поля нейтронів або зв’язане з нейтронним полем g-випромінювання. В цій групі використовуються джерела нейтронів.

Класифікація методів досліджень і назва конкретних методів, як правило, будуються на визначенні первинного іонізуючого випромінювання і вторинного, яке випромінюється гірською породою та аналізується детектором. Наприклад, гамма-гамма-метод (ГГМ), нейтрон-нейтронний метод (ННМ), нейтронний гамма-метод (НГМ) тощо.

Особливістю ядерно-фізичних методів аналізу є використання різноманітних джерел випромінювання. За характером застосованих джерел методи аналізу можна умовно поділити на дві групи. До першої відносяться методи основані на застосуванні відносно малопотужних джерел випромінювання – радіоактивних ізотопів, які дозволяють створити просту і компактну апаратуру. Друга група методів базується на використанні потужних потоків іонізуючого випромінювання від ядерних реакторів і різного роду прискорювачів заряджених часток.

Серед радіоізотопних джерел відрізняються джерела a-, b-. g-випромінювань та нейтронів.

Альфа-ізотопні джерела виготовляють із ізотопів природних радіоактивних елементів (уран, торій, радій). Використовуються вони для градуювання a-спектрометричної апаратури., збудження характеристичного рентгенівського випромінювання при аналізі легких елементів у рентгенорадіометричному методі, для збудження ядерних реакцій типу (a, n), (a, p) з метою отримання нейтронного і протонного випромінювання.

Джерела b-випромінювання в основному виготовляють із штучних радіоактивних ізотопів (⁹⁰Sr, ⁹⁰Y, ¹⁴⁷Pm). З їх допомогою виконується визначення низки хімічних елементів, градуюють b-вимірювальну апаратуру, використовують в методі мічених атомів.

Але найбільше застосування в ЯФМ отримали джерела g-випромінювання і нейтронів. Перші широко використовуються в рентгено-радіометричному методі, гамма-гамма-методі, гамма-нейтронному, активаційному методах, також при градуюванні гамма-спектрометричної апаратури і при вивченні нейтронів. В якості джерел g-випромінювання використовують як природні, так і штучні радіоактивні ізотопи хімічних елементів (Ra, Th, Se, Sn, Co, Te, Hg, ThC¢¢, Sb).

Джерела нейтронів, у зв’язку з їх великим діапазоном взаємодії з ядрами хімічних елементів і внаслідок супутніх явищ, використовують в ядерній геофізиці найбільш повно. Серед таких джерел найбільш широко використовують ізотопні джерела нейтронів і нейтронні генератори. До ізотопних джерел відносяться джерела типу (a, n), в яких у якості a-випромінювача застосовують радій, полоній, плутоній, а в якості мішені – головним чином берилій, фтор або бор. До подібних джерел відносяться також і фотонейтронні джерела типу (g, n). В них в якості мішені використовують берилій, а гамма-випромінювача - RaC¢¢, ThC¢¢ і інші з енергією g-випромінювання більше 1,67 МеВ.

В генераторах нейтронів використовуються переважно реакцію типу (d, n). Джерелом дейтонів є прискорювачі, а мішенню – дейтерій, тритій, берилій і деякі інші елементи. Важливою перевагою нейтронних генераторів є можливість керування виходів нейтронів і відносний вузький діапазоні їх енергій. Детектори, які використовують в ЯФМ та реєструючі пристрої не відрізняються від радіометричних.

Гамма-методи об’єднують групу методів ядерної геофізики, які основані на взаємодії хімічних елементів з гамма-квантами або на реєстрації вторинних гамма-квантів, які виникають при перетворені ядер хімічних елементів. До цієї групи відносяться:.

1. Гамма-гамма-метод (ГГМ), яким досліджуються розсіяне та поглинене гамма-випромінювання джерела. Метод використовується для визначення густини (ГГМ-Г) та ефективного атомного номера порід та руд (селективний метод – ГГМ-С).

2. Рентгенорадіометричний (РРМ), який використовується для аналізу речовинного складу гірських порід і руд і полягає у вивченні характеристичного рентгенівського випромінювання, що збуджується в елементах гама- або рентгенівським випромінюванням джерела.

3. Метод ядерного гамма-резонансу (ЯГР) використовується для аналізу деяких елементів і сполук елементів (залізо, двоокис олова тощо). Він оснований на резонансному поглинанні і розсіюванні гамма-випромінювання ядрами елементів (ефект Мессбауера).

ГГМ-Г.Вивчення густини порід і руд цим методом виконують розміщуючи у середовищі або на його поверхні джерела гамма-випромінювання та детектор, який реєструє гамма-поле на невеликих відстанях від джерела (до 50¸70 см). При деяких умовах поглинання і розсіювання гамма-квантів, які випромінюються джерелом, залежить тільки від густини середовищ, тому вимірювання ослабленого гамма-випромінювання дозволяє визначити густину. За допомогою ГГМ-Г визначають абсолютне значення густини порід і руд в лабораторії, в польових умовах і свердловинах. Точність вимірювань висока (похибка 1 – 3 %). Він використовується в процесі геофізичних досліджень (метод гравірозвідки та сейсморозвідки), при розчленуванні геологічного розрізу та ідентифікації гірських порід, для обрахування запасів корисних копалин, в інженерній геології.

В основі ГГМ-Г – зв’язок між гамма-полем точкового гамма-джерела і густиною середовища. Це поле залежить від властивостей джерела, детектора, геометрії вимірювань, речовинного складу та густини середовища. В конкретних умовах три перших фактори не змінюються, і гамма-поле (І) є функцією речовинного складу (Z) та густини (r): .

Якщо склад середовища постійний, то між І і r відмічається однозначний зв’язок. Зокрема, для первинного гамма-випромінювання

,

де - масовий коефіцієнт послаблення первинного гамма-випромінювання;

d – товщина поглинаючого шару;

А - гамма-інтенсивність джерела при відсутності поглинаючого середовища;

І – інтенсивність гамма-випромінювання при наявності поглинаючого середовища.

Але склад порід і руд змінюється в широких межах, тому головне в ГГМ-Г – вибрати такі умови вимірювання, в яких вплив середовища мінімальний, але знайти спосіб урахування впливу речовинного складу у тих випадках, коли усунути цей вплив не вдається.

З трьох елементарних процесів взаємодії гамма-випромінювання з речовинною лише комптон-ефект не залежить від Z середовища. Відповідно, ГГМ-Г необхідно здійснювати в таких умовах, коли переважає комптонівське розсіювання гамма-випромінювання, а саме, в енергетичному інтервалі більше 0,2¸0,3 МеВ.

Оптимальна енергії гамма-випромінювання джерел в ГГМ-Г дорівнює 0,5¸3,0 МеВ. Використовують ізотопи ¹³⁷Cs (E₀=0,66 МеВ), ⁶⁰Со (E₀=1,25 МеВ), рідше ²²⁶Ra, спектр гамма-випромінювання якого лежить в інтервалі 0,35¸1,7 МеВ.

ГГМ-С. Якщо створити умови, при яких основним процесом взаємодії гамма-випромінювання з речовинною є фотоефект, то гамма-поле точкового джерела буде залежати переважно від Z_еф породи або руди. Зокрема, інтенсивність гамма-випромінювання буде суттєво змінюватися при додаванні в породу з малим Z_еф невеликих домішок елементів з великим Z_еф, тому цей метод названий селективним.

ГГМ-С реалізується шляхом спостереження розсіяння і поглинання гамма-випромінювання в області енергії Е<100 кеВ. Створення і використання м’якого гамма-випромінювання можливо двома шляхами: або використанням джерел м’якого гамма-випромінювання (Е₀<200 кеВ) або реєстрацією низькоенергетичної області спектру багатократного розсіяного гамма-випромінювання на достатньо великих відстанях від джерела (4¸7 довжин вільного пробігу первинних гамма-квантів).

Якщо в руді є домішки важких елементів (Z>70), то в спектрі розсіяного гамма-випромінювання буде спостерігатися “провал” (мінімум), відповідний К-стрибку фотоелектричного поглинання. Положення провалу характерно для кожного елементу і може бути використано для визначення важких елементів в рудах. Відмінності між гамма-спектрами залежать тільки від Z_еф руди. Для того, щоб виключити вплив густини і підвищити чутливість вимірювань, запропонована спектральна модифікація ГГМ-С: реєстрація м’якої та жорсткої , складової гамма-поля, з яких перша ( ) залежить від Z_еф та густини, а друга ( ) від густини. Відношення / буде залежати тільки від речовинного складу.

РРМ оснований на збудженні електронних оболонок атомів елементів за допомогою гамма-квантів та вивчення вторинного характеристичного випромінювання за допомогою спеціальної радіометричної апаратури.

Задачею методу є оцінка вмісту у породах низки хімічних елементів. Можливість такої оцінки полягає у збудженні вторинного рентгенівського випромінювання, головним чином, від К- або L-електронних оболонок відповідних елементів. У зв’язку з цим, і енергія зовнішнього g-випромінювання (Еg) провинна забезпечити цю можливість, тобто відповідати Е_g>Е_к, або Е_L< Е_g< Е_к. Збуджений К-електрон переходить на більш високий рівень, а його місце практично миттєво заповнює електрон з більш високого рівня. Різниця енергій подібного переходу передається фотону рентгенівського випромінювання. Наявність даного характеристичного випромінювання дає можливість виявляти у досліджуваному об’єкті наявність даного хімічного елементу, а його інтенсивність – вміст цього елементу.

Аналіз здійснюється спеціальними установками, які забезпечують вимірювання об’єктів як у геометрії вимірювання “на проходження”, так і на “відбивання” випромінювання.

Залежність швидкості рахунку від концентрації елементу С має наступний вигляд:

,

де К – коефіцієнт, - масовий коефіцієнт поглинання гамма-випромінювання, m – поверхнева густина речовини проби.

При вимірюванні інтенсивності даного рентгенівського випромінювання (N) одночасно з ним реєструється певна частина завадного випромінювання (N_m), яку необхідно враховувати, так як вона обмежує порогову чутливість методу. Визначення вмісту елементу виконується за формулою

,

де e - чутливість вимірювання.

Реєстрація рентгенівського випромінювання здійснюється традиційними пропорційними газонаповними лічильниками або напівпровідниковими датчиками.

Існують лабораторний, польовий та свердловинний різновиди методу.

Метод ЯГР полягає у резонансному поглинанні (розсіюванні) гамма-випромінюванні, енергія якого відповідає енергії квазістаціонарного збудження ядра без втрат на віддачу. В основі методу лежить ефект Мессбауера. Для здійснення ядерного резонансного поглинання (розсіювання) необхідно, по-перше, щоб поглинаючі (випромінюючі) атоми були жорстко зв’язані з оточуючими атомами, по-друге, щоб енергія гамма-квантів була не дуже велика і не приводила до розриву зв’язку ядра із оточуючими. Подібні умови дотримуються для кристалічної речовини. В ній передача імпульсу здійснюється від гамма-кванта до всього кристалу. Оскільки його маса значно більша маси випромінюючого (поглинаючого) ядра, практично віддачі ядра не буде.

Інтенсивність резонансного поглинання гамма-випромінювання пропорційна I=a×r×d×q, де а – коефіцієнт, який залежить від температури, причому вірогідність ефекту Мессбауера зростає із зменшенням температури; r - густина; d – товщина зразка; q- концентрація досліджуваного елементу.

Викликати резонансне поглинання можливо зміною енергії гамма-випромінювання. Ширина резонансного рівня дорівнює 10^-4¸10^-8 еВ. змінити енергію на цю величину можна за допомогою ефекту Доплера – шляхом механічного переміщення джерела та поглинача гамма-квантів один відносного іншого. Вимірювання гамма-випромінювання при різних швидкостях їх відносного руху, отримують швидкісний спектр Мессбауревського поглинання, максимум якого характеризує концентрація мессбауревіських ядер. При цьому енергія гамма-випромінювання джерела повинна бути рівною або дуже близькою енергії резонансного рівню ядер поглинача. Тому, в якості джерела гамма-випромінювання звичайно використовують ізомери мессбауревських ядер поглинача.

Характер спектру резонансного поглинання індивідуальний для кожного елементу і має високу вибірковість, що забезпечує велику чутливість методу при аналізі елементів.

Зараз на практиці метод ЯГР обмежений в основному ізотопами, для яких ефект резонансного поглинання спостерігається при звичайних температурах – ⁵⁷Fe, ¹¹⁹Sn, деякими рідкісноземельними елементами.

До нейтронних методів відносяться методи, в яких використовують або джерела нейтронів (первинне нейтронне поле), або вимірюють нейтрони, які виникають при ядерних реакціях (вторинне нейтронне поле). До основних нейтронних методів відносять:

1) нейтрон нейтронний метод (ННМ), який оснований на реєстрації уповільнених нейтронів біля точеного джерела нейтронів;

2) нейтронний-гама метод (НГМ), який вивчає вторинне гамма-поле, яке виникає під дією повільних нейтронів;

3) активаційний метод (АМ), за допомогою якого вивчається штучна радіоактивність, яка виникає при опромінюванні стабільних ядер первинними нейтронами, або гамма-квантами.

Всі три методи вивчають різні етапи єдиного процесу взаємодії швидких нейтронів з речовиною: уповільнення, захват повільних нейтронів ядрами з переводом їх у збуджений стан, втратою його завдяки штучної радіоактивності шляхом гамма-випромінювання або випромінювання ядерних часток. Тому, лише в своїй сукупності вони можуть характеризувати нейтронні властивості порід. Але кожен із них вивчає певні властивості порід і тому здатен вирішувати певні геологічні задачі.

До нейтронних методів відноситься також гамма-нейтронний метод (ГНМ), який вивчає нейтронне випромінювання деяких ядер в зв’яжу з поглинання первинного гамма-випромінювання. Завдяки високому енергетичному порогу ядерних реакцій цей метод характеризується високою селективністю по відношенню до деяких ізотопів і використовується зараз в основному для визначення берилію і дейтерію. До нейтронних відносяться також імпульсні методи аналізу.

ННМоснований на уповільненні і поглинанні нейтронів ядрами середовища. Уповільнення нейтронів залежить, головним чином, від водневмісних гірських порід, а поглинання – від присутності в породах елементів з аномально високими перетинами захвату нейтронів. В теперішній час метод знайшов використання при вирішенні трьох основних задач:

1) вивченні вологості гірських порід і грунтів в інженерній геології і вирішенні меліоративних задач;

2) оцінці пористості та характеру заповнення пор порід при пошуках і розвідці нафтових і газових родовищ;

3) оцінці вмісту елементів з високих перетином захвату нейтронів (бор, марганець, ртуть, рідкісноземельні елементи тощо).

Оцінка вологості гірських порід і грунтів основана на уповільненні швидких нейтронів у водовмісних середовищах. З цією метою використовують спеціальну апаратуру: для вимірювання у приповерхневих умовах - 2p-вологомір, а у свердловинах – за допомогою доінверсійного каротажного зонду. В якості джерела швидких нейтронів використовують полоній-берилієві і плутоній-берилієві джерела. Детектором виступають або пропорційний борогазонаповнений лічильник, або ж сцинтиляційний лічильник нейтронів. Методика визначення вологості відносна, шляхом зіставлення виміряної інтенсивності нейтронного випромінювання від досліджуваних порід з еталоном.

За принципом зміни щільності теплових нейтронів, при відмінному вмісту водню у породах, основана також методика оцінка пористості порід. Оскільки, при інших рівних умовах, по вмісту водню у породах визначається їх пористість. Аналітичний вираз цієї залежності такий: N=a+blnK_п, де N – виміряна щільність теплових нейтронів; a, b – коефіцієнти, K_п – коефіцієнт пористості, рівний при водонасичені гірської породи її об’ємній вологості.

Як і для випадку оцінки водовмісту, оцінка пористості порід також ґрунтується на даних еталонування.

Застосування ННМ для оцінки вмісту нейтронопоглинаючих елементів можливо у лабораторних, польових і свердловинних умовах і основане на вивченні характеру поглинання нейтронів у співставленні з відповідними даними, отриманими при еталонуванні апаратури певними стандартами, в яких відомі вмісти досліджуваного елементу.

При оцінці вмісту рідкісних земель враховується різко відмінний характер поглинання ними теплових і надтеплових нейтронів – аномально великі перетини поглинання теплових нейтронів і для вміщуючих порід – надтеплових. У зв’язку з цим вивчення характеру зміни щільності надтеплових нейтронів дозволяє врахувати зміну водневмісту порід, в той же час як щільність теплових нейтронів оцінює і вміст водню і концентрацію рідкісних земель.

Результати ННМ виражають в умовних одиницях, за яку приймаються показання реєстратора при зануренні датчика (зонда) у воду.

В НГМ вивчають гамма-випромінювання, яке виникає при захопленні нейтронів ядрами елементів. При цьому розрізняють: інтегральний (НГМ) метод, коли реєструється інтегральний потік гамма-випромінювання і спектрометричний (НГМс) – коли вивчається спектр гамма-випромінювання.

Перший метод близький до ННМ по тепловим нейтронам і вирішує практично ті ж задачі; другий, за своїми можливостями, більш універсальний і вирішує ширше коло задач, зокрема, при вивченні вмісту хімічних елементів.

Основне застосування метод отримав у каротажі. Потік гамма-випромінювання, що реєструється детектором на певній відстані від точкового джерела нейтронів залежить від уповільнюючих властивостей середовища, гамма-променевих властивостей середовища і “виходу” гамма-квантів хімічних елементів, які захопили повільні нейтрони. Причому можливість аналізу порід і руд за гамма-випромінюванням радіаційного захвату нейтронів визначається відмінностями величин перетину захоплення нейтронів і індивідуальним характером спектрів гамма-випромінювання утворених ізотопів хімічних елементів. Дуже малими перетинами захоплення теплових нейтронів (менше 0,01 барн) відрізняються кисень, вуглець, фтор. Серед елементів, які характеризуються високими перетинами захоплення (більше 6¸7 МеВ), виділяють три групи:

1) ті, що мають інтенсивні гамма-лінії в жорсткій частині спектру – хлор, алюміній, залізо, титан, марганець, нікель, мідь тощо;

2) інтенсивні гамма-лінії в середній частині спектру (3¸6 МеВ) –кальцій, кремній тощо;

3) найбільш велику групу, для якої характерно наявність у спектрі гамма-випромінювання інтенсивних гамма-ліній у відносно м’якій області (менше 2¸3 МеВ), - водень, індій, цезій і ін.

Оцінка вмісту різних елементів виконується на основі вивчення інтенсивності гамма-випромінювання у відповідних частинах спектру і наступного співставлення із даними еталонування.

АМ оснований на вимірюваннях інтенсивності випромінювання радіоактивних ізотопів, які утворюються в результаті ядерних реакцій при опромінюванні проби потоком нейтронів, гамма-квантів або заряджених частинок і застосовується для визначення вмісту у породі певних елементів.

Визначення і оцінка вмісту елементів за активністю їх ізотопів основана, по-перше, на індивідуальному характері ядерних реакцій, а по-друге, на різноманітті властивостей утворених радіоактивних ізотопів, відмінності у періодах їх розпаду, видах і спектрах випромінювання тощо. Загальна схема активаційного аналізу включає етапи активації, “охолодження”, паузи. Час активації (t_a) вибирають із розрахунку максимального накопичення аналізованого ізотопу, а час “охолодження” (t₀) враховує період напіврозпаду елементів, які заважають аналізу.

Оскільки період напіврозпаду змінюється у широких межах, вибір оптимального t_a і t₀ часто дозволяє усунути вплив ізотопів-перешкод. Так, якщо період напіврозпаду елементу, який визначається, значно менший, ніж у елементів-завад, то при малому часові активації доля елементів-завад у зареєстрованій активності буде незначною, а якщо період напіврозпаду елементу, який визначається, значно більший, ніж у елементів-завад, збільшується час охолодження.

Існують два основні варіанти активаційного аналізу. Перший оснований на використанні специфічних ядерних характеристик елементів (перетин активації, розповсюдженість ізотопів тощо), а також новоутвореного радіоактивного ізотопу (енергія гамма-випромінювання, період напіврозпаду тощо). Він отримав назву інструментального АМ. Інший варіант оснований на хімічному визначенні досліджуваних ізотопів і наступного вимірювання їх радіоактивності. Цей аналіз називається радіохімічним. В обох варіантах вмісти елементів визначають відносним способом, шляхом порівняння активності проби і еталонів. У цьому випадку еталони опромінюють, обробляють і вимірюють у тих же умовах, що і проби.

Якщо під дією випромінювання активуються лише ті елементи, які цікавлять нас, а наведена активність інших незначна, то визначення полягає до вимірювання активності проби і еталону після опромінення. Але гірські породи є складними за своїм речовинним складом, в них активуються декілька елементів. У зв’язку з цим, однією із основних задач активаційного аналізу є розділення сумарного активаційного ефекту на моноізотопні складові, використовуючи відмінності у періодах напіврозпаду, типові і енергетичному спектрі випромінювання. На цьому базисі розроблені різноманітні засоби розділення наведеної активності на складові: засіб найменших квадратів, графічний, із використанням номограм тощо.

ГНМ оснований на фотонейтронній реакції (g, n) і полягає у вивченні потоків фотонейтронів, які виникають при опроміненні гірської породи гамма-квантами. На відміну від активаційного методу, в якому вторинне випромінювання реєструється після опромінення, в ГНМ вторинне нейтронне випромінювання вимірюється при опроміненні проб. Важливою особливістю методу є те, що реєстроване випромінювання (n) суттєво відрізняється від первинного (g). Це забезпечує високу чутливість і простоту аналізу.

Іншою характерною особливістю методу є його селективність, існування певного енергетичного порогу реакції для кожного ізотопу, що визначається енергією зв’язку нуклонів у ядрі. При енергії гамма-квантів нижче порогової, реакції не відбувається. Із зростанням енергії гамма-квантів вище порогової перетин реакції зростає, досягаючи максимуму, а потім знову падає, практично до нуля. Для більшості ядер порогова енергія рівна 6¸12 і більше МеВ, але для берилію і дейтерію вона дорівнює відповідно 1,67 і 2,23 МеВ, тобто може бути реалізована за допомогою природних і штучних гамма-джерел.

Джерелом гамма-випромінювання для аналізу на берилій є ізотоп ¹²⁴Sb, що має гамма-випромінювання в жорсткій частині спектру, яке дорівнює 1,69 МеВ, та періодом напіврозпаду в 60 діб.

Оцінка вмісту берилію основана на прямій залежності зареєстрованого потоку нейтронів N і концентрацією берилію C:N=kC, де k – коефіцієнт перерахунку. Для опробування руд берилію використовують портативні переносні прилади. Їх основними елементами є джерело гамма-випромінювання, сцинтиляційний датчик теплових нейтронів, які поділені свинцевим екраном. Поріг чутливості цих приладів порядку n×10^-4 %.

Імпульсні нейтронні методи. Сутність їх полягає в опромінюванні гірської породи короткочасними імпульсами швидких нейтронів, які слідують один за одним через певні інтервали часу Т. Поміж імпульсами виконується вимірювання щільності теплових нейтронів в імпульсному нейтрон нейтронному методі (ІННМ) або викликаного нейтронами гамма-випромінювання в імпульсному нейтронному гамма-методі (ІНГМ).

Для імпульсного нейтронного каротажу використовується установка, яка складається з імпульсного свердловинного генератора нейтронів та індикатора нейтронів, або гамма-квантів. Вимірювальну установку вмикають через певний час t після закінчення нейтронного імпульсу і виконують вимірювання протягом Dt часу. Час t має назву часу затримки, а Dt – часовим вікном.

Змінюючи t при постійному Dt, отримують залежність зареєстрованої щільності нейтронів або інтенсивності гамма-випромінювання від часу. Це дозволяє оцінювати процес зменшення нейтронів або гамма-квантів при збільшенні часу їх проникнення в породу і визначити величину t - середній час життя теплових нейтронів. Він залежить від поглинаючих властивостей середовища, які визначаються складом елементів із високим перетином захоплення теплових нейтронів, насамперед, хлору, а також ряду інших елементів (бор, ртуть, марганець тощо). Тому цей метод дуже ефективний при встановленні нафто-водного контакту за різницею вмісту NaCl, а також при оцінці вмісту ряду поглинаючих елементів при пошуках рудних родовищ.